JP3117243B2 - サーマルヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワードプロセッサ、フ
ァクシミリ等のプリンタ機構に組み込まれるサーマルヘ
ッドに関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】従来、ワードプロセッサ等
のプリンタ機構に組み込まれるサーマルヘッドは図２に
示す如く、Ｆｅ合金等から成る良熱伝導性の基板１１上
にポリイミド樹脂から成る蓄熱層１２と、酸化珪素等か
ら成り、発熱抵抗体１４の発する熱により蓄熱層１２が
軟化変形することを防止する熱緩和層１３と、窒化タン
タル等から成る発熱抵抗体１４と、アルミニウム等から
成る一対の導電層１５ａ，１５ｂと、窒化珪素等から成
る保護層１６とを順次被着させた構造を有しており、前
記一対の導電層１５ａと１５ｂの間に所定の電力を印加
し、発熱抵抗体１４を所定の温度にジュール発熱させる
とともに該発熱した熱を感熱紙１７に伝導させ、感熱紙
１７に印字画像を形成することによってサーマルヘッド
として機能する。

【０００３】しかしながら、この従来のサーマルヘッド
においては、前記熱緩和層１３が酸化珪素からなってお
り、該酸化珪素は硬度が低い（ビッカース硬度：約６０
０Ｈｖ）ことから、印字時、感熱紙１７の摺動によって
熱緩和層１３に応力が付加されると熱緩和層１３に容易
にクラック１３ａが入り、その結果、熱緩和層１３上に
被着されている発熱抵抗体１４、或いは導電層１５ａ，
１５ｂに断線を発生してサーマルヘッドとしての機能が
喪失するという欠点を有していた。

【０００４】そこで上述の欠点を解消するために熱緩和
層１３を硬度の低い酸化珪素に代えて、例えばビッカー
ス硬度が約１５００Ｈｖと高い窒化珪素を使用すること
が考えられる。

【０００５】しかしながら、この窒化珪素を熱緩和層と
して使用したサーマルヘッドは、熱緩和層を成す窒化珪
素が蓄熱層を成すポリイミド樹脂と馴染みが悪いため、
両者の接合強度が弱く、両者間に、印字時、感熱紙の摺
動に伴う摩擦力が印加されると熱緩和層が蓄熱層から剥
離し、サーマルヘッドとしての機能を喪失してしまうと
いう欠点を誘発してしまう。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑
み案出されたもので、本発明のサーマルヘッドは、良熱
伝導性の基板上にポリイミド樹脂から成る蓄熱層を被着
させるとともに該蓄熱層上に発熱抵抗体及び導電層を配
設してなるサーマルヘッドにおいて、前記蓄熱層と前記
発熱抵抗体との間に、窒化珪素を主成分とし、且つ酸素
含有比率が蓄熱層側から発熱抵抗体側に向かって順次小
さくなっている熱緩和層を介在させたことを特徴とする
ものである。

【０００７】また本発明のサーマルヘッドは、前記発熱
抵抗体及び導電層が窒化珪素から成る保護層で被覆され
ていることを特徴とするものである。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。図１は本発明の一実施例を示す断面図であ
り、１は基板、２は蓄熱層、３は熱緩和層、４は発熱抵
抗体、５ａ，５ｂは導電層、６は保護層であり、基板１
上に蓄熱層２、熱緩和層３、発熱抵抗体４、導電層５
ａ，５ｂ及び保護層６が順次被着されている。

【０００９】前記基板１はＦｅ合金等の良熱伝導性材料
から成り、上面に発熱抵抗体４等を支持すると共にサー
マルヘッドの温度を感熱紙に良好な印字画像を形成する
に必要な温度に制御する作用を為す。

【００１０】尚、前記基板１は、Ｆｅ合金等を従来周知
の圧延加工法等を採用し、板状と成すことによって形成
される。

【００１１】また前記基板１の上面には蓄熱層２が被着
されており、該蓄熱層２は発熱抵抗体４の発する熱を適
当な温度となるように蓄積し、サーマルヘッドの熱応答
特性を良好に保つ作用を為す。

【００１２】前記蓄熱層２は耐熱性を有するポリイミド
樹脂から成り、ポリイミド樹脂となるワニスを従来周知
のスピンコート法により基板１上に塗布し、しかる後、
これを約３５０℃の温度で熱硬化させることによって基
板１上に２０〜３０μｍの厚みに被着される。

【００１３】また前記蓄熱層２の上面には窒化珪素を主
成分とする熱緩和層３が被着されており、該熱緩和層３
は、その上に被着される発熱抵抗体４の発する熱を拡散
緩和し、該拡散緩和した熱をポリイミド樹脂から成る蓄
熱層２に伝導させることによって蓄熱層２の軟化変形を
有効に防止する作用を為す。

【００１４】前記窒化珪素を主成分とする熱緩和層３は
また、その内部に含まれる酸素の酸素含有比率が蓄熱層
２側から発熱抵抗体４側に向かって例えば４０〜５％の
範囲で順次小さくなっており、熱緩和層３の蓄熱層２と
接触する部位は酸素含有比率が高いため、熱緩和層３と
蓄熱層２との馴染みが大幅に改善され、両者を極めて強
固に接合させることが可能となる。そのため、熱緩和層
３と蓄熱層２との間に感熱紙の摺動に伴う摩擦力が印加
されても両者は剥離することが一切無く、サーマルヘッ
ドの機能が喪失することもない。

【００１５】また前記窒化珪素を主成分とする熱緩和層
３はその内部に含まれる酸素の酸素含有比率が蓄熱層２
側から発熱抵抗体４側に向かって順次小さくなっている
ため、熱緩和層３のビッカース硬度を約１４００Ｈｖ程
度の高いものに維持することができ、これによって印字
時、感熱紙の摺動によって熱緩和層３に応力が付加され
ても該熱緩和層３にクラックが入ることは無く、熱緩和
層３上に被着される発熱抵抗体４及び導電層５ａ，５ｂ
に断線を発生させることも無い。

【００１６】尚、前記酸素含有比率が蓄熱層２側から発
熱抵抗体４側に向かって順次小さくなっている窒化珪素
を主成分とする熱緩和層３はスパッタリング法によって
形成され、例えば、先ず、上面に蓄熱層２が被着された
基板１及び窒化珪素から成るターゲットをスパッタリン
グ装置内の所定位置に設置するとともにスパッタリング
装置内を１×１０^-5ｔｏｒｒ程度に真空引きし、次に前
記スパッタリング装置内にアルゴンガスを充填し、その
アルゴンガスに含まれる酸素含有量を徐々に少なくしな
がらターゲットに高周波電力を印加し、ターゲットから
飛散した窒化珪素を蓄熱層２上に被着させることによっ
て被着される。

【００１７】前記熱緩和層３の上面にはまた発熱抵抗体
４が被着されており、更に発熱抵抗体４上には間に一定
の間隔をもった一対の導電層５ａ，５ｂが被着されてい
る。

【００１８】前記発熱抵抗体４は例えば窒化タンタル等
から成り、それ自体が所定の電気抵抗率を有しているた
め、一対の導電層５ａ，５ｂを介して電力が印加される
とジュール発熱を起こし、印字画像を形成するに必要な
温度、例えば２５０〜４００℃の温度に発熱する。

【００１９】また、前記発熱抵抗体４上に被着されてい
る一対の導電層５ａ，５ｂはアルミニウム、銀等の金属
から成り、該導電層５ａ，５ｂは発熱抵抗体４にジュー
ル発熱を起こさせるために必要な所定の電力を印加する
作用を為す。

【００２０】前記発熱抵抗体４及び一対の導電層５ａ，
５ｂは従来周知のスパッタリング法及びフォトリソグラ
フィー技術を採用することによって熱緩和層３上に順次
被着される。

【００２１】前記一対の導電層５ａ，５ｂを上面に有す
る発熱抵抗体４は、その表面が窒化珪素から成る保護層
６によって覆われており、該保護層６は発熱抵抗体４及
び一対の導電層５ａ，５ｂを感熱紙等との摺動による摩
耗や大気中の水分や感熱紙等に含まれる塩素イオン、ナ
トリウムイオン等の汚染物質による腐食から保護する作
用を為す。

【００２２】この場合、前記保護層６は、熱緩和層３の
主成分と同じ窒化珪素から成っており、サーマルヘッド
の使用時、発熱抵抗体４の発する熱によって熱緩和層３
と保護層６との間で大きな熱応力が発生することはない
ことから、保護層６をクラックの無い良好な状態で下地
に被着させておくことができ、これによってもサーマル
ヘッドの信頼性が向上される。

【００２３】尚、前記保護層６は従来周知のスパッタリ
ング法等を採用することによって一対の導電層５ａ，５
ｂを有する発熱抵抗体４の上面に所定の厚みをもって被
着される。

【００２４】かくして上述したサーマルヘッドは、外部
電気信号に対応させて一対の導電層５ａと５ｂの間に電
力を印加し、発熱抵抗体４を所定の温度にジュール発熱
させるとともに該発熱した熱を感熱紙７等に伝導させ、
感熱紙７等に所定の印字画像を形成することによってサ
ーマルヘッドとして機能する。

【００２５】次に本実施例の作用効果を実験例に基づき
説明する。

【００２６】先ず、図１に示す構造のサーマルヘッドに
おいて表１に示す如く熱緩和層として窒化珪素を主成分
とし、酸素含有比率が蓄熱層側から発熱抵抗体側に向か
って順次小さくなっているもの、酸化珪素から成ってい
るもの及び酸素を含有しない窒化珪素から成っているも
のの３種類のサーマルヘッド試料を準備し、次に一対の
導電層間に所定の電力を印加して発熱抵抗体を３５０℃
に発熱させながら感熱紙を１３ｍｍ／ｓｅｃの速度で走
行させ、熱緩和層にクラックや剥離が発生して印字不可
となった時の感熱紙の走行距離を調べた。その結果を表
１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】かかる実験によれば、従来の酸化珪素を熱
緩和層に使用したものは感熱紙が０．５ｋｍ印字走行し
た際に熱緩和層にクラックが生じて印字不良を発生し、
また窒化珪素を使用したものは感熱紙が約５ｋｍ印字走
行した際に熱緩和層に剥離を生じて印字不良を発生して
しまう。

【００２９】これに対し、本発明の窒化珪素を主成分と
し、酸素含有比率が蓄熱層側から発熱抵抗体側に向かっ
て順次小さくなっているものを使用したものは感熱紙が
１０ｋｍ印字走行しても熱緩和層にクラックや剥離を発
生することは無く、サーマルヘッドとして極めて有用で
あることが判る。

【００３０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種
々の変更、改良等は何ら差し支えない。

【００３１】

【発明の効果】本発明のサーマルヘッドにおいては、ポ
リイミド樹脂から成る蓄熱層と発熱抵抗体との間に、窒
化珪素を主成分とし、且つ酸素含有比率を蓄熱層側から
発熱抵抗体側に向かって順次小さくなるようにした熱緩
和層を介在させたため、印字時、熱緩和層にクラックが
入って発熱抵抗体或いは導電層に断線を生じることは皆
無となり、サーマルヘッドを長期にわたって良好に機能
させることができるようになる。

【００３２】また本発明のサーマルヘッドにおいては、
ポリイミド樹脂製の蓄熱層と窒化珪素を主成分とする熱
緩和層との界面における熱緩和層の酸素含有比率を大き
なものとなしたため、蓄熱層と熱緩和層との馴染みが良
好になって蓄熱層から熱緩和層が剥離することは皆無と
なり、サーマルヘッドとして良好に機能するようにな
る。

【００３３】更に本発明のサーマルヘッドにおいては、
発熱抵抗体層及び導電層を熱緩和層の主成分と同じ窒化
珪素から成る保護層で被覆することにより、サーマルヘ
ッドの使用時、熱緩和層と保護層との間で大きな熱応力
が発生するのが防止されるため、保護層をクラックの無
い良好な状態で下地に被着させておくことができ、これ
によってもサーマルヘッドの信頼性が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの断面図である。

【図２】従来のサーマルヘッドの断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板、２・・・蓄熱層、３・・・熱緩和層、４
・・・発熱抵抗体、５ａ，５ｂ・・・導電層、６・・・
保護層、７・・・感熱紙

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】良熱伝導性の基板上にポリイミド樹脂から
   成る蓄熱層を被着させるとともに該蓄熱層上に発熱抵抗
   体及び導電層を配設してなるサーマルヘッドにおいて、
   前記蓄熱層と前記発熱抵抗体との間に、窒化珪素を主成
   分とし、且つ酸素含有比率が蓄熱層側から発熱抵抗体側
   に向かって順次小さくなっている熱緩和層を介在させた
   ことを特徴とするサーマルヘッド。
2. 【請求項２】前記発熱抵抗体及び導電層が窒化珪素から
   成る保護層で被覆されていることを特徴とする請求項１
   に記載のサーマルヘッド。